（水利工程专业论文）洪泽湖洪水预报调度系统研究及其应用.pdf

摘要 淮河是我国七大江河之一，洪泽湖位于淮河干流中游末端，承接上中游1 5 8 万k m 2 流域面积的汇水，是淮河中下游调节水量的重要枢纽。国务院明确要求洪泽湖大堤在任 何情况下必须确保安全。洪泽湖的防洪安全，对于江苏省淮河下游地区而言，具有极为重 要的意义。作为防汛指挥决策的重要非工程措旄之一，开展洪水预报调度系统的研究，无疑 是一项十分必要、也十分迫切的工作。本文就此进行了尝试，并取得了较好的成果。 在分析研究洪泽湖以上流域气象、水文特性的基础上，选择使用了新安江三水源模 型，建立了洪泽湖以上流域实时洪水预报模型。针对流域面积大、下挚面条件空间分布 不均、水利工程调度运用对降雨径流规律影响大等具体问题，在模型中采用了划分子流 域、充分利用实测水文资料从部分到整体依次率定参数、将专家经验数值化纳入模型计 算、增加人机交互等方法。成功地建立了适用于大流域的降雨径流预报模型。 本文充分分析了防汛指挥决策对调度系统的应用需求，进行了概化和模拟。在模型 研究的基础上，对预报、调度系统进行了集成，成功构建了“洪泽湖洪水预报调度应用 系统”。系统在抗御2 0 0 2 年淮河中等洪水、特别是2 0 0 3 年淮河建国以来第二位大洪水中 发挥了重要作用。 针对系统存在的不足，结合应用实践和未来社会、技术的发展，对系统的改迸与发 展提出了建议。 【关键词】淮河；洪泽湖：洪水预报；新安江模型；洪水调度；实时校正 2 0 0 3 年淮河防汛 a b s t r a c t t h eh u a i h er i v e ri so n eo ft h eg r e a t e s tr i v e r si nc h i n a t h eh o n g z el a k e ，l o c a t e da tt h e e n do ft h em i d d l eh u a i h er i v e r , r e c e i v e sw a t e rc o n f l u e n c ef r o maw a t e r s h e da r e ao f1 5 8 t h o u s a n dk m 2o nt h eu p p e ra n dl o w e rh u a i h er i v e r , a n da c t sa st h ej u n c t i o no fw a t e rv o l u m e r e g u l a t i o nf o rt h em i d d l ea n dl o w e rh u a i h er i v e r a c c o r d i n g j y ，t h es t a t ed e p a r t m e n tg a v ea s p e c i f i ci n s t r u c t i o nt o e n s u r et h es a f e t yo ft h eh o n g z e h ul e v e e i nf a c t ，t h es a f e t yo ff l o o d c o n t r o lo ft h eh o n g z el a k ei so fg r e a ts i g n i f i c a n c e st ot h el o w e rh u a i h er i v e ri n i a n g s u p r o v i n c e t h e r e f o r e ，t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es t u d yo nt h ef l o o df o r e c a s ta n dr e g u l a t i o n s y s t e m a ni m p o r t a n tn o n s t r u c t u r a lm e a s u r e f o rd e c i s i o nm a k i n gi nf l o o dc o n t r o l ，i sn od o u b t t ob ean e c e s s a r ya n du r g e n tw o r k i nt h i sp a p e r , s o m ea t t e m p t sh a v eb e e nm a d e ，a n ds o m e s a t i s f a c t o r yr e s u l t sh a v eb e e na c h i e v e d b a s e do nt h em e t e o r o l o g i ca n dh y d r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i co ft h eu p p e rh o n g z el a k e a r e a l t i m ef l o o df o r e c a s tm o d e lw a sd e v e l o p e df o rt h i sa r e ab yu s eo ft h et h r e e w a t e rs o u r c e m o d e lo ft h ex i n a n j i a n gr i v e r i nc o n s i d e r a t i o no fs o m es p e c i f i cp r o b l e m s ，s u c ha st h el a r g e w a t e r s h e da r e a ，t h e i n h o m o g e n e o u ss p a t i a l d i s t r i b u t i o no fu n d e r l y i n gs u r f a c e s ，a n d g r e a t i n f l u e n c e so f h y d r op r o j e c t so n t h er e g u l a r i t yo fr a i n f a l lr u n o i f , s o m em e t h o d sw e r e a d o p t e d i n t h ep r e s e n tm o d e l ，i n c l u d i n gt h ed i v i s i o no fs u b c a t c h m e n t s ，c a l i b r a t i o no fp a r a m e t e r sb yf u l l u s eo ft h em e a s u r e dh y d r o l o g i c a ld a t a ，i n t r o d u c t i o no fe x p e r t s e x p e r i e n t i a ld a t at om o d e l c a l c u l a t i o n ，a n da l s o t h em a l l - m a c h i n ei n t e r a c t i o nm e t h o d i nt h i s w a y ，ar a i n f a l l r u n o f f f o r e c a s tm o d e lf o rl a r g er i v e rb a s i n sw a se s t a b l i s h e d a c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i ss h o w st h a tt h ef l o o dc o n t r o ld e c i s i o n m a k i n gd e p e n d so nt h e a p p l i c a t i o n o ft h e o p e r a t i o ns y s t e m i n t h i s w o r k ，t h ep r o c e s s o f d e c i s i o n - m a k i n g w a s g e n e r a l i z e da n ds i m u l a t e d w i t hc o m b i n a t i o no ft h ef o r e c a s ts y s t e ma n do p e r a t i o ns y s t e m ，a f l o o df o r e c a s ta n d o p e r a t i o na p p l i c a t i o ns y s t e m f o rt h e h o n g z el a k e w a s s u c c e s s f u l l y c o n s t r u c t e d t h es y s t e mp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei ns u c c e s s f u lc o n t r o lo f2 0 0 2 sm o d e r a t e f l o o do ft h eh u a i h er i v e r , e s p e c i a l l y2 0 0 3 sh u a i h er i v e rn o o d _ 一也es e c o n dg r e a t e s tf l o o d s i n c et h ef o u n d a t i o no ft h ep e o p l e sr e p u b l i co fc h i n a f i n a l l y , s o m es u g g e s t i o n sh a v eb e e nm a d ea b o u tt h ei m p r o v e m e n to f t h ep r e s e n ts y s t e m a n di t sf u r t h e rd e v e l o p m e n t 。 k e yw o r d ：h u a i h er i v e r ；h o n g z el a k e ；f l o o df o r e c a s t ；x i n a n j i a n gm o d e l ；f l o o d d i s p a t c h i n g ；r e a lt i m em o d i f i c a t i o n ；2 0 0 3 sf l o o dc o n t r o lo f h u a i h er i v e r 第一章问题的提出 第一章问题的提出 1 1 问题的提出 洪泽湖位于淮河干流中游末端、江苏省中西部，为我国第四大淡水湖，是淮 河流域最大的湖泊；它承接上中游1 5 8 万k 廿流域面积的汇水，是淮河中下游调 蓄水量的重要湖泊。洪泽湖兴利蓄水位1 3 o o m ( 废黄河基面，下同) ，相应水面 积2 1 5 2k m 2 ；防洪警戒水位1 3 5 0 m ，设计洪水位1 6 o m ，校核洪水位1 7 ，0 m ，总 库容1 3 5 亿m 3 。 淮河上中游洪水经洪泽湖调蓄后，主要由淮河入江水道、苏北灌溉总渠、淮 河入海水道和分淮入沂工程( 经二河、淮沭河入新沂河东泄入海) 4 条通道入江、 入海，以入江水道泄洪为主。目前4 条泄洪通道的总设计行洪能力1 5 2 7 0 1 8 2 7 0 m 3 s ，防洪标准近1 0 0 年一遇。洪泽湖的泄洪工程设施相对比较完善，每一条泄 洪通道的调度运用均与洪泽湖洪水特征密切相关。 数百年来洪泽湖大堤始终是淮河下游地区防洪工程体系的一个重要组成部 分。现在的洪泽湖大堤全长6 7 2 5 k m ，堤顶高程一般在1 9 0 h 1 9 7 m 。洪泽湖的 平均湖底高程为l o 0 m ，而淮河下游地区一般地面高程只有2 7 m ，为典型的“悬 湖”，历史上一直有“倒了高家堰( 洪泽湖大堤的别称) 、淮扬( 淮安、扬州) 不 见面”之说。洪泽湖大堤保护区域人口高达2 0 0 0 多万，耕地2 0 0 万h m 2 。国务院 明确要求洪泽湖大堤在任何情况下必须确保安全。因此，对于江苏省防汛指挥部 门来说，如何及时、准确地预报调度洪泽湖以上淮河洪水，合理利用其防洪库容， 妥善处理调蓄与泄洪的关系，在确保洪泽湖大堤安全的前提下，保护淮河下游地 区安全并兼顾上游邻省河道的泄洪排涝，成为一个十分紧迫、意义重大的研究课 题。 为抗御淮河大洪水、特大洪水，在洪泽湖滨湖圩区规划有洪泽湖周边滞蓄洪 区。洪泽湖滨湖圩区涉及人口1 0 6 4 万，耕地1 2 o 万h m 2 。1 9 8 5 年6 月国务院 批转原水电部关于黄河、长江、淮河、永定河防御特大洪水方案报告的通知 ( 国发：1 9 8 5 7 9 号) 指出：“当洪泽湖蒋坝水位达到1 4 5 m 时，滨湖圩区滞洪”， 一1 一 河海人学工程硕十学位论文洪泽湖洪水预报调度系统研究及其戍用 并由国家防总确定运用时机。随着淮河上中游地区治理力度的加大，洪泽湖以上 流域水文特性发生了相应变化。根据水利部淮河水利委员会提供的入湖洪水过程 线，遇百年一遇洪水，洪泽湖将增加4 9 4 亿m 3 的水量，水位抬高较快，增加了 洪泽湖周边圩区滞洪机会，但目前滞洪区安全建设尚未起步。一旦淮河发生大洪 水，如何确保滞洪区能够合理运用，保障区内居民滞洪前安全撤退，也是江苏省 防汛指挥部门迫切需要研究、解决的课题。 洪泽湖除了担负着保护淮河下游地区的重要防洪职责外，还是江苏省苏北地 区最大的蓄水水库，其蓄水量的多少直接影响着苏北特别是淮北地区的水资源供 应量。洪泽湖正常蓄水位1 3 o m 时，相应蓄水量4 1 9 亿m 3 ，兴利蓄水量3 1 5 亿 m 3 。洪泽湖目前直接供水区域已覆盖了扬州、淮安、盐城、宿迁4 个市，通过江 苏省已建成的跨流域调水工程，其供水区域已延伸到江苏省最北部的徐州、连云 港2 个地级市，并可通过南四湖向山东省调水。供水区域内涉及耕地1 3 3 3 万多 h m 2 ，人口2 2 0 0 万，以及数十个县级以上城镇、几座大型电厂、京杭运河苏北段 航运等的水源保障。随着社会经济的快速发展，用水量的不断增加，在确保洪泽 湖及淮河下游地区防洪安全的前提下，如何科学、合理利用洪水资源，也愈来愈 成为江苏省防汛防旱指挥部门需要解决的突出问题之一。 另外，建设中的南水北调东线工程是以江苏现有的江水北调工程为基础。在 京杭运河输水干线之西还要新建由金宝航道入洪泽湖，再经徐洪河北送的输水支 线。洪泽湖的正常蓄水位将要抬高，给洪泽湖的调度运用增加了新的难度。如何 准确预报洪水，合理调度运用防洪工程变得更为重要。 综上，洪泽湖的防洪、供水安全，对于保护江苏省苏北地区的人民生命财 产安全，保障经济社会的持续、稳定发展，具有极为重要的现实意义。 国内外的多年实践表明，为了减免洪旱灾害的损失，除了采取修建水库、闸 坝、堤防、分蓄洪区等水利工程之外，非工程措旋比如洪水预报、科学的调度决 策等在防汛抗旱工作中也起着相当重要的作用。通过提前预测预报上中游的洪水 第一章问题的提出 ( 径流) 的量级( 过程) ，人们可以研究提出合理的工程调度运用措施和其他相 关措施，最终改变灾害的影响，实现最大限度地减少灾害损失的目的。 江苏省防汛防旱指挥部门早在2 0 世纪5 0 年代起就开展了对洪泽湖以上洪水 预报的研究。2 0 世纪7 0 年代省防办与当时的华东水利学院( 今河海大学) 水文 系合作，采用降雨径流经验相关方法，共同研制了洪泽湖以上的洪水预报方案。 该方案一直沿用至2 0 0 0 年，其中8 0 年代后期根据新增资料做了一些修订。从 3 0 多年的预报实践来看，方案对中等长历时单峰洪水预报精度较高，基本满足 防洪调度要求。但对中等以下洪水、大洪水以及特大洪水，其预报精度特别是过 程预报精度相对较低。同时，由于降雨径流经验相关方法自身的局限，该方案对 相对孤立的场次洪水预报结果比较理想，但对于连续的洪水过程，预报成果往往 难以满足生产实践需要。 鉴于此，借助现代水文模拟等技术，开展洪泽湖洪水预报与调度系统模型 研究，并据此建立洪泽湖洪水预报与调度应用系统，就成为提高江苏省防汛指挥 决策水平的一个十分紧迫的课题。本论文就这一课题进行了初步研究。 1 _ 2 水文模型的发展 1 2 1 降雨径流预报的发展 传统的洪水预报方法是从工程水文学计算方法直接移植的。其间也有众多新 创的方法在实践中尝试和应用。几十年来，洪水预报实践对各种方法进行了客观 的考验、筛选和淘汰，只有那些适应报汛资料条件并且预报精度可靠的方法才能 保留f 来。有些方法虽然可行，但在相比之下略为逊色的，也从第一线逐渐退至 第二线。 众所周知，水文科学从经验性阶段向近代科学的转变，洪水预报技术形成当 今形态的起点在2 0 世纪3 0 年代。1 9 3 1 年，霍顿( h o r t o n ) 在文献 2 中，提出 了下渗的理论。1 9 3 2 年，谢尔曼( s h e r m a n ) 在文献 3 中，提出了预报流域汇 流的单位线法。1 9 3 5 1 9 3 8 年，麦卡锡( m c c a r t h y ) 在美国总结了以“马斯京 根法”著称的洪水演算预报方法 4 1 。1 9 3 8 年，美国斯奈德( s n y d e r ) 在文献“综 河海大学t 程硕l 学位论文 洪泽湖洪水预报调度系统研究发其应用 合单位线”中，提出了对短缺资料地区使用综合单位线的预报方法。这些都是沿 用至今的基本洪水预报技术。但是，这些方法存在诸多缺陷，如逻辑推理上不严 密，方案不规范、不客观，仅能在建图范围内使用，在时空上不能外延等。于 是，采用数学的方法去描述和模拟水文循环的过程，产生了水文模型的概念1 6 j 。 目前国内外典型的概念性降雨径流模型有：s t a n f o r d 模型、s a c r a m e n t o 模 型、t a n k 模型、c l s 模型、b o u g h t o n 和新安江模型。水文模型将复杂的水文过 程加以概化成数学物理方程并在计算机上实现，这样整个流域的产汇流问题就归 结为模型结构与模型参数问题。当一个流域的模型结构和参数确定后，系统就完 全确定了，就能把任何输入过程确定地转化成输出过程。从这点来看，水文模型 有它独特的优点。但预报模型在实际的应用中却常常难以达到传统预报方法的精 度。这是因为现有的流域水文模型为概念性模型，主要借助于概念性元素模拟或 经验函数关系来模拟水文过程，这样的模拟往往只涉及现象的表面而不涉及现象 的本质和物理机制，因而模型的许多参数缺乏明确的物理意义，只反映有关影响 因素对流域径流形成过程的平均作用川。而且现有水文模型有很多参数靠优选获 得，这种方法对实测资料的依赖性很大，当所选用洪水资料的代表性有问题时， 就很难获得满意的结果。在这种情况下，“实时”概念引入了水文预报当中。 事实上，“实时”( r e a l t i m e ) 是计算机用语。控制理论上的实时预报的核 心技术是利用“新息”( 当前时刻预报值与实测值之差) 导向，对于系统模型或 者对预报结果做出现时校正。系统动态识别( 亦称参数自适应估计) 及卡尔曼滤 波( k a l m a nf i i t e r i n g ) 就是这类方法的典型代表。最早将卡尔曼滤波应用于水 文预报研究的是日本学者h i n o ，1 9 7 0 年在文献 8 中提出，并在文献 9 中加以 发展。 1 9 8 0 年以来，美国开展了关于萨克拉门托流域模型( 美国天气局n w s ) 用于 实时预报的研究。1 9 8 0 年，凯特尼迪和伯拉斯发表了论文“用概念性水文模型 进行实时预报”，报告了对n w s 模型进行实时化处理的第一个研究。此文中 用的n w s 模型是略经简化了的，这一工作在1 9 8 2 年由波沙达( p o s a d a ) 和伯拉 第章问题的提出 斯在论文“一个大概念性降雨一径流模型的自动参数估计：一种极大似然法川” 中，推广到萨克拉门托原模型中。论文提出了一种新算法。此后围绕这种新的算 法，许多学者在n w s 模型参数自动识别、滤波器使用中参数矩阵的确定方面进行 了一系列研究。 在国内，虽然现代洪水预报技术起步较晚，但进步十分明显。除了取得了一 系列令人瞩目的成就之外，国内现代洪水预报技术还有许多独特的特点，比如比 较注重基础理论研究，十分注意研究成果的实用性等，这里就不再叙述。 1 2 2 预报模型的发展 常用的水文预报模型一般可以分为概念性和分布式两种，上面提到的都属于 概念性模型。但自从1 9 6 9 年f r e e z e 和h a r l a n 1 2 】第一次提出了关于分布式物理 模型的概念以来，分布式水文模型就得到了越来越快的发展。3 个欧洲机构提出 的s h e 模型是最早的分布式水文模型的代表，它充分考虑了截留、下渗、士 壤蓄水量、蒸散发、地表径流、壤中流、地下径流、融雪径流等水文过程。另外 还有一些考虑流域空间特性、输入输出空间变化的分布式物理模型，如c e q u e a l 模型和s u s a 模型【1 5 】等。国内在这一方面起步较晚，但也取得了一定的成绩， 其中包括李兰等“”1 提出的包括小流域产流、汇流、流域单宽入流和上游入流反 演、河道洪水演进4 个部分的分布式水文模型，郝振纯等u 8 j 建立了大尺度分布 式流域水文模型，郭生练等提出的基于d e m 的分布式流域水文物理模型，俞 鑫颖等提出的冰雪融水雨水混合水文模型等。这些分布式水文模型与概念性 模型相比，用严格的数学物理方程表述水文循环的各子过程，在参数和变量中充 分考虑空间的变异性，并考虑不同单元间的水平联系，对水量和能量过程均采用 偏微分方程模拟。因此，在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应 及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面应用显出优势。有些参数不需 要通过实测水文资料来率定，解决了参数间的不独立性和不确定性问题，便于在 无实测水文资料的地区推广使用川。 模型今后的发展方向在建模方面会更多与环境和经济、社会发展相结合，变 5 河海大学工程硕士学位论文洪泽湖洪水预报调度系统研究段其应用 成更大管理模型下的一个部分。在技术上将更多的依靠地理信息系统( ( ；t s ) 和 遥感( r s ) ，运用g i s 这种重要的工具来处理应用r s 数据，建立和传统水文模型 相耦合的系统。除此之外，将会更多考虑水文模型的尺度问题，考虑水文过程的 时空不均匀性和变异性。另外，根据水文模型所需数据量大的特点，采用新技术 如g i s 、r s ，获取更多的信息源是水文模拟发展的一个趋势 2 2 】。总之，随着计算 机技术和一些交叉学科的发展，水文模型的发展将变得更加迅猛。 1 3 本文研究的目的 从江苏省防汛防旱工作的实际需求来看，对洪泽湖以上的暴雨洪水，首先关 心的是暴雨发生后，洪泽湖以上产水量有多少，可能发生洪水的量级( 特大、大、 中、小) 如何；其次，对中、小洪水，重点是要准确掌握洪泽湖以上可能入湖的 水量：对大洪水、特大洪水，在准确预报水量的基础上，还要求准确预报入湖洪 水过程；针对不同的工程调度方案，进行调洪演算，为防洪指挥决策提供支持。 本文研究的目的，就是借助于现代水文模拟技术，在充分分析洪泽湖以上流 域特征、水文特性、工程调度等基本情况的基础上，构建适用于该流域的水文预 报模型，对洪泽湖以上的降雨径流过程进行实时模拟，并根据降雨径流过程的预 报结果，结合淮河洪水调度方案，对洪泽湖出湖臼门的多种调度方案进行分 析比较，为洪泽湖及整个淮河下游地区的防汛防旱决策提供技术支持。 第一章 流域水文概况及洪水调度方案 第二章流域水文概况及洪水调度方案 2 1 流域概况 淮河流域地处中原，流域面积1 8 9 万k m 。淮河发源于河南省桐柏山，流经 安徽、江苏，在江苏省三江营注入长江，干流全长1 0 0 0 k m 。淮河流域分。k 、中、 下游，洪河口以一k 为上游，河道位于两岗之间，落差大，水流急；洪河口至洪泽 湖三河闸为中游，河道坡降平缓，沿干流两侧多湖泊洼地，是淮河上中游洪水滞 蓄回旋的地方，当淮河干流达到一定洪水位时，就先后行洪、蓄洪，以减轻两岸 洪水的压力，淮北大堤是淮北平原的防洪屏障；三河闸以下为下游。淮河水系简 图见图2 - 1 。 图2 - 1淮河水系简图 淮河流域地处南北气候过渡带，属亚热带向暖温带过渡区。淮河流域的洪水 均为暴雨所致，造成暴雨的天气系统主要是切变线、低空急流、低涡和台风。6 月中旬至7 月中旬，淮河流域进入江淮梅雨季节，持续大范围暴雨常造成淮河大 洪水。淮河流域降雨量时空分布不平衡。在地域分布上，南部大北部小、山区大 平原小，平原区是沿海大、内地小。多年平均年降雨量南部大别山区可达1 5 0 0 m m 一7 一 河海大学下程珂j 上学位论文洪泽湖洪水预报调度系统研究及其应用 以上，而北部靠近黄河沿岸地区仅6 5 0 r a m 。在时间分配上，年际、年内分配极不 均衡。汛期6 9 月雨量占全年雨量的6 3 左右，冬季( 1 2 月次年2 月) 降雨 量最小，只占不到1 0 ；降雨量年际变幅亦很大，山区多雨年与少雨年相差3 4 倍，平原区则达4 5 倍。淮河年径流量以干流入洪泽湖的控制站蚌埠( 吴家渡) 站为代表，年径流量多年平均值为2 7 6 亿m 3 ，但年际变化很大，最大年径流量可 达6 3 7 亿m 3 ( 1 9 5 4 年) ，最小年径流量只有2 6 9 亿一( 1 9 7 8 年) ，变幅达6 1 0 亿 m ，丰枯年份相差2 3 倍之多。淮河年径流量年内分配也不均匀，汛期6 g 月径 流量占全年径流量的6 3 以上。 2 1 1 洪泽湖以上水系概况 洪泽湖以上淮河上中游两岸河流众多，直接入淮河的较大支流近3 0 条。南 岸支流都发源于大别山区和江淮丘陵区，属山区河流，河短、坡陡、流急，降阿 后水量汇集快。大的支流主要有潢河、白露河、史灌河、淠河、东淝河等，在支 流上游建有南湾、梅山、佛子岭、响洪甸、鲇鱼山等多座大型水库。北岸为广阔 的淮北平原，支流大多源远流长，除洪汝河、沙颖河发源于伏牛山区外，其余都 是平原河道，主要支流有洪汝河、沙颖河、涡河等，在洪汝河、沙颖河上游也建 有薄山、板桥、昭平台等多座大中型水库。淮北主要支流上分段都建有水闸，节 节控制。淮北洪水特点是洪量大，持续时间长，由于受闸坝调节影响，中小洪水 的洪量和洪水过程较难掌握。 洪泽湖位于淮河干流中游末端，是连接淮河中下游的平原湖泊，集水面积 1 5 8 万k 【1 2 ，是淮河中下游调节水量的重要枢纽。主要的入湖河道有7 条，除淮 河干流外，还有南、北区间共6 条支流。淮北区间大的支流有怀洪新河( 崇潼河) 、 新汴河、濉河、老濉河、徐洪河( 安河) 等；淮南区间大的支流有池河等。 洪泽湖入湖河流上均建有水文站，可以控制其上游来水。洪泽湖入湖河道基 本情况详见表2 1 。 第一章 流域水文概况及洪水调度方案 表2 一l洪泽湖入湖河道基本情况 长度集水面积 水系河名起迄地点控制站 k mk i n 2 淮 河源一蚌埠闸 6 3 9蚌埠闸以上1 2 1 3 3 0 蚌埠闸一 1 8 5 浮山以上 1 2 3 9 5 0 河 淮河洪泽湖口 l 流- p 洪泽湖口一 1 8三河闸以上1 5 8 1 6 0 三河闸 【 池河明光一淮河 5 7明光以上3 4 7 0 怀洪新河涡河何巷一 1 2 5峰山以上1 2 0 0 0 洪( 崇潼河)洪泽湖漂河洼 泽新汴河团结闸一洪泽湖 1 4团结闸以上6 5 6 2 湖濉河泗洪以上 2 9 9 l 区老濉河泗洪以上6 3 5 间 安河金锁镇以上( 废 金锁镇一洪泽湖 3 31 8 9 0 ( 徐洪河)黄河以南) 滨湖区间 9 2 8 2 2 1 2 洪泽湖以下主要防洪工程 淮河上中游洪水经洪泽湖调蓄后，主要由淮河入江水道、苏北灌溉总渠、淮 河入海水道和分淮入沂工程( 经二河、淮沭河入新沂河东泄入海) 入江、入海， 以入江水道泄洪为主。 洪泽湖防洪调度形势示意图见图2 2 。 河海大学工程硕士学位论文 洪泽湖洪水预报调度系统研究及j e 应用 图2 2 洪泽湖防洪调度形势示意图 洪泽湖4 条泄洪河道的基本情况详见表2 2 。 表2 2洪泽湖泄洪河道基本情况表 长度设计流量 【河名起迄地点控制站 k m( m ”s1 ) 淮河入江水道三河闸三江营 1 5 8= 删l 甲j1 2 0 0 0 l 淮河入海水道二河闸“扁担港 1 6 3 5二河新闸2 2 7 0 l苏北灌溉总渠高良涧闸扁担港 1 6 8高良涧闸8 0 0 二河闸淮阴闸 3 1 5 分淮入沂二河闸 3 0 0 0 二河闸淮阴闸 6 6 1 洪泽湖大堤、泄洪河道及控制建筑物、行滞洪区，构成了淮河下游地区防洪 工程体系。洪泽湖大堤北起淮阴县码头镇，南至盱眙县张庄，全长6 7 2 5 k m ，堤 顶高程一般在1 9 o 1 9 7 m ，保护人口2 0 0 0 多万，耕地2 0 0 h m 2 ，为一级堤防。国 务院明确要求洪泽湖大堤在任何情况下必须确保安全。 为抗御淮河大洪水、特大洪水，在江苏省境内淮河干流旁建有鲍集圩行洪区， 在洪泽湖滨湖圩区规划有洪泽湖周边滞蓄洪区。 a 淮河干流鲍集圩行洪区 第二章流域水文概况及洪水调度方案 鲍集圩行洪区位于淮河干流苏皖边界盱眙县鲍集圩内，总面积1 9 4 2 k m ! ，耕 地面积1 ，0 万h m 2 ，涉及鲍集、肖嘴、兴隆、铁佛、淮河5 个乡镇，6 2 个村，6 0 2 个组，5 8 万人口。圩内有宁徐公路等重要设旌。 淮河干流鲍集圩段堤防长3 7 9 k m ，堤顶高程为1 9 7 1 6 5 m ，堤顶宽3 6 m 。 分洪口门2 处，分别在肖嘴乡新迁村( 口门底高程1 7 3 m ) 和铁佛乡河洪村( 口门 底高程1 6 8 m ) ，口门宽各1 0 0 0 m 。根据淮委调度原则，泊岗引河泄洪8 5 0 0 m 3 s ， 浮山水位达1 8 j m ，洪水位仍在上涨的情况下，即从浮山以下淮河右堤分洪，经 安徽潘村洼行洪区下泄，当鲍集圩行洪口门处水位超过1 7 3 m 时，将自然分洪， 遇1 9 5 4 年大洪水时，两个口门将同时进洪，圩内先期进行撤退。 1 9 9 1 年大水洪泽湖蒋坝水1 4 0 6 m 时，鲍集圩被洪水淹没1 2 1 k m 2 ，直接经济 损失1 2 8 亿元。鲍集圩行洪区安全建设尚未起步。 b ，洪泽湖滨湖圩区 洪泽湖滨湖圩区范围包括高程1 2 5 - - 1 7 o m 之间的圩区、平原，总面积 1 9 4 0 1 k m 2 ，涉及泗洪、泗阳、淮阴、洪泽、盱眙5 个县及省属洪泽、三河2 个 农场的6 9 2 个村庄，5 7 1 5 个村民小组，1 0 6 4 万人，耕地1 2 0 万h m 2 。滞洪区内 地面高程一般为1 2 5 1 6 o m ，最低处1 2 0 m 。滞洪时水位可达1 6 o 1 7 o m ， 水深5 o - - l o m ，有效滞洪量3 2 亿一。 1 9 8 5 年6 月国务院批转原水电部关于黄河、长江、淮河、永定河防御特 大洪水方案报告的通知( 国发 1 9 8 5 7 9 号) 指出：“当洪泽湖蒋坝水位达到1 4 5 m 时，滨湖圩区滞洪”。并由国家防总确定运用时机。由于怀洪新河已经竣工，上 游洪水来量将有很大增加。根据淮委提供的洪水入湖过程线，遇百年遇洪水， 洪泽湖将增加4 9 4 亿i n 3 的水量，水位抬高较快，因而增加了洪泽湖周边圩区滞 洪机会，但滞洪区安全建设目前尚未起步。 2 2 历史典型年洪水 ( 注：本文中所有水文资料，除特别说明外均为整编资料。) 淮河流域是历史上洪水灾害深重的地区。2 0 世纪以来的1 0 0 多年中，发生 河海大学工程硕士学位论文洪泽湖洪水预报调度系统研究及苴应垌 全流域大洪水的年份有1 9 2 1 年、1 9 3 1 年、1 9 5 4 年、1 9 9 1 年，以及2 l 世纪刚刚 过去的2 0 0 3 年。1 9 2 1 年洪泽湖蒋坝最高水位达1 6 o m ( 9 月7 日) 、1 9 3 1 年达 1 6 2 5 m ( 8 月8 日) 、1 9 5 4 年达1 5 2 3 m ( 8 月1 6 日) 、1 9 9 1 年达1 4 0 6 m ( 7 月1 7 目) 、2 0 0 3 年达1 4 3 8 m ( 7 月1 4 日) 。入江水道中渡站最大泄量1 9 2 1 年9 月1 4 f 1 为9 3 9 9 m 3 s ，1 9 3 1 年8 月1 3 日为( 1 i i l 2 ) m 3 s ；1 9 5 4 年( 三河闸) 8 月6 日 达1 0 7 0 0 ，s ，1 9 9 1 年( 三河闸) 7 月1 8 日达8 4 5 0 m 1 s ，2 0 0 3 年( 三河闸) 7 月 1 3 日达9 4 2 0 m 3 s 。 考虑到工程条件的相对一致性，以下就新中国建国以来的3 次全流域性大洪 水作简要分析。 2 2 11 9 5 4 年洪水 1 9 5 4 年夏季，淮河流域出现了长时间、大范围的梅雨，淮河流域发生了类 似于1 9 3 1 年的全流域性特大洪水。当年雨季较常年提早了1 个多月，5 月j 日 7 月底，出现1 2 次降雨过程。其中淮河上中游7 月份就发生了5 次暴雨过程， 面平均月降雨量5 2 5 m m ，是常年同期的2 7 倍。 淮河干流上游息县站7 月份出现5 次洪峰，经流域调节后淮滨以下各站洪 水基本上为一次大洪峰过程。沿淮多个行、蓄洪区相继运用。受淮北大堤7 月 2 7 日在风台禹山坝溃决影响，蚌埠站于8 月4 日才出现洪峰，最高水位为2 2 1 8 m ， 最大流量l1 6 0 0m 3 s 。蚌埠以下各站水位在上涨过程中，7 月3 1 日淮北大堤在 五河县毛滩决口，决口的洪水经崇潼河流入洪泽湖，8 月1 3 日崇潼河峰山站出 现本年最大流量2 4 1 0 m 3 s ，淮水经崇潼河流入洪泽湖的水量为3 9 3 亿一。由于 毛滩决口，浮山站于7 月3 1 日出现最高水位1 8 1 7 m ，最大流量i 1 0 0 0 m 3 s ，此 后水势下落。 7 月2 8 日入洪泽湖最大洪峰流量1 5 8 0 0 m 3 s 。8 月1 6 日蒋坝最高水位1 5 2 3 m ，洪泽湖周边圩区破圩1 3 3 万h i i l 2 滞洪。三河闸最大泄量8 月6 日达1 0 7 0 0 m 3 s ； 由于入江水道大流量行洪，8 月2 5 日高邮湖最高水位达9 3 8 m 。据淮河水利委员 会规划设计院1 9 8 6 年计算成果，1 9 5 4 年洪泽湖中渡以上最大3 0 天、6 0 天洪量 第一章 流域水文概况及洪水调度方案 分别达5 2 2 亿m3 、6 3 9 亿m 3 ，分别相当于5 0 、4 5 年一遇2 。 2 2 21 9 9 1 年洪水 1 9 9 1 淮河流域提前一个月入梅，j 月中旬7 月中旬发生3 次大面积暴雨过 程，淮河发生了建国后仅次于1 9 5 4 年的全流域性洪水。降雨主要集中在5 月2 1 日6 月1 8 日、6 月2 8 日7 月1 5 日这两段梅雨期间内，尤以6 月2 8 日7 月 n 日最为集中。6 月2 8 日7 月l l 同雨区主要维持在流域中南部，3 0 0 m m 以上 雨区在沿淮两侧及其以南，大别山区及里下河地区雨量均在5 0 0 m m 以上。暴雨中 心史河安徽省金寨县马宗岭站次雨量( 1 4 天) 1 2 0 0 m m ，江苏省兴化站也高达 9 1 9 m m 。 对应于两段降雨过程，淮河水系6 、7 月发生两次大洪水。在淮河蚌埠以上 先后启用了3 个蓄洪区、1 4 个行洪区( 进洪总量4 0 亿m 3 ) 以后，淮干正阳关、 蚌埠站最高水位仍高达2 6 5 2 m 、2 1 9 8 m ( 低于1 9 5 4 年) ，为建国后第2 高水位， 最大流量7 4 8 0 m 3 s 和7 8 4 0 m 3 s 。 7 月1 0 日入洪泽湖流量超过1 0 0 0 0 m 3 s ，7 月1 7 日蒋坝最高水位达1 4 0 6 m 。 三河闸5 月3 1 日开闸泄洪，最大泄量8 4 5 0 m 3 s ；入江水道金湖最高水位1 1 6 9 m ， 超过历史最高记录0 5 0 m ；高邮湖最高水位9 2 2 m ，仅比1 9 5 4 年最高水位低0 1 6 m 。 归江三闸最大日平均流量分别为：万福闸7 7 7 0 m 3 s ( 7 月1 1 日) ，金湾闸1 3 3 0 m 3 s ( 7 月1 2 目) ，太平闸1 0 7 0d s ( 7 月1 2 日) 。为加大洪泽湖泄量，江苏省对入江 水道新民滩阻水高滩实施了爆破清障，还首次启用淮沭河漫滩分洪，最大分洪流 量1 2 7 0 m 3 s 。 据分析，1 9 9 1 年洪水，最大3 0 天洪量在正阳关、蚌埠以上约为1 5 年一遇， 洪泽湖( 中渡) 以上接近2 0 年一遇。 2 2 32 0 0 3 年洪水 2 0 0 3 年淮河流域出现大面积、长时间的暴雨，造成淮河2 1 _ 世纪的第一场大 洪水。其中，发生在6 月下旬7 月下旬的主要暴雨过程，导致淮河干流发生了 1 9 5 4 年以来的最大洪水。 河海人学工程硕士学位论文洪泽湖洪水预报调度系统研究及其应用 从6 月1 9 日7 月2 1 日，淮河流域连续出现5 次降雨过程，其中6 月2 8 f 1 7 月5 日的降雨过程为年度最大，其与前后的4 次降雨过程相隔时间短，以 至6 月2 9 日7 月1 2 日最大1 4 天雨量达3 0 9 1 m m ，相当于1 9 9 1 年最大3 0 天雨 量的7 9 ；最大2 1 天雨量为3 9 2 5 m m ( 6 月2 1 日7 月l l 曰) ，比1 9 9 1 年最大 3 0 天雨量3 8 9 m m 还大。 淮河干流来水6 月下旬7 月下旬中大体可分为3 次洪水过程。在受怀洪新 河何巷闸首次开启分洪的影响下，干流蚌埠( 吴家渡) 于7 月6 日2 2 时出现年 最高水位2 2 0 5 m ( 超警戒水位1 7 5 m ，低于保证水位0 5 5 m ) ，相应的洪峰流量 为8 6 2 0 m 3 s 。 受淮河干流洪水及区间暴雨洪水的共同影响，7 月9 日入洪泽湖洪峰流量达 1 4 5 0 0 m 3 s ( 超过了1 9 9 1 年的1 2 3 0 0 m 3 s ，小于1 9 5 4 年的1 5 8 0 0 m 。s ) 。洪泽湖 主要泄洪口门三河闸、高良涧闸、二河闸6 月2 8 日起相继全力投入泄洪。新建 成的淮河入海水道工程于7 月4 日2 3 时4 8 分首次开闸运用；分淮入沂工程也于 7 月6 日开始分泄淮河洪水。在淮河入江水道、淮河入海水道、苏北灌溉总渠及 分淮入沂工程4 条行水通道全力泄洪的情况下，洪泽湖蒋坝站于7 月1 4 日出现 年最高水位1 4 3 8 m ，超过1 9 9 1 年最高水位1 4 0 6 m 。 2 0 0 3 年洪泽湖三河闸最大泄量9 4 2 0 m 3 s ，为建闸以来第2 大流量，近次于 1 9 5 4 年的1 0 7 0 0 m 3 s ，超过1 9 9 1 年的8 4 5 0 m 3 s ；入江水道金湖最高水位1 1 9 7 m ， 超过1 9 9 1 年历史最高水位0 2 8 m ；高邮湖最高水位9 5 2 m ，超出1 9 5 4 年虽高水 位0 1 4 m 、1 9 3 1 年历史最高水位0 0 6 m 、设计洪水位0 0 2 m 。入海水道二河新闸 最大流量达1 8 7 0 m 3 s ，仅比设计流量少4 0 0 m 3 s ；分淮入沂淮阴闸最大流量达 1 4 4 0 m 3 s ，超过1 9 9 1 年的历史最大值1 2 7 0 m 3 s 。二河闸最大流量3 2 5 0 m 1 s ，也 为历史最大值。 据淮河水利委员会水文局分析，2 0 0 3 年淮河洪水，蚌埠( 吴家渡) 站最大 3 0 天、6 0 天洪量重现期分别为2 1 年一遇和1 1 年一遇，洪泽湖( 中渡) 站最大 3 0 天、6 0 天洪量重现期分别为2 6 年一遇和1 3 年一遇。“。 第二章流域水文概况及洪水调度方案 2 3 洪水调度方案 根据国务院国发 1 9 8 5 7 9 号文件批准的淮河防御特大洪水方案，考虑 治淮工程的实施情况和防洪工程现状，国家防汛抗旱总指挥部国汛 1 9 9 9 9 号 文件印发的现行淮河洪水调度方案如下： 2 3 1 调度原则和目标 本着“蓄泄兼筹，上下游兼顾，局部利益服从全局利益”的原则，淮河发生 防洪标准内的洪水时，首先充分利用河道泄洪，然后运用行洪区行洪，扩大河道 泄洪能力，必要时有计划地运用蓄洪区蓄洪和利用水库错峰，以控制河道水位流 量，确保淮北大堤、洪泽湖大堤、罩运河大堤和蚌埠、淮南城市圈堤等重点堤防 和地区防洪安全；遇超标准洪水，采取非常措施，尽可能减少损失。 2 3 2 洪泽湖调度运用 1 洪泽湖汛期限制水位( 蒋坝站水位，下同) 在主汛期为1 2 5 m ，后汛期可视 来水情况按1 2 5 1 3 o m 控制。 2 当洪泽湖水位达到或超过1 3 5 m 时，在充分利用入江水道泄洪的同时，苏 北灌溉总渠及废黄河排涝服从排洪：当淮、沂洪水不遭遇时，可利用淮沭河分洪。 3 当预报洪泽湖水位将达到1 4 5 m 时，三河闸全开敝泄，苏北灌溉总渠及废 黄河充分泄洪，在淮、沂洪水不遭遇时，淮沭河充分分洪。 4 当洪泽湖水位达到1 4 5 m 时，滨湖圩区破圩滞洪。 5 当洪泽湖水位超过1 5 o m 时，三河闸控泄1 2 0 0 0 m 3 s 。如三河闸以下区间 来水大且高邮水位达9 5 m ，或遇台风影响威胁里运河大堤安全时，三河闸可适 当减少下泄流量，确保洪泽湖大堤、里运河大堤安全。 2 3 3 特大洪水对策 淮河发生特大洪水，在实施上述调度措施后，按国务院国发 1 9 8 5 7 9 号 文件批准的黄河、长江、淮河、永定河防御特大洪水方案中的“淮河防御